激光器的功率的提升，可以讓激光分束的加工可以廣泛適用于工業(yè)化的生產(chǎn)制造。通過(guò)使用分束器能將高功率的激光束分成多路低功率的激光束，并可以同時(shí)進(jìn)行更大面積的材料微加工。所以，激光分束這項(xiàng)技術(shù)更加適用于需要進(jìn)行大面積表面紋理加工的應(yīng)用，如在機(jī)翼表面進(jìn)行微結(jié)構(gòu)加工來(lái)減少油耗以提高燃油效率，也可以應(yīng)用于微鉆孔等一些材料的微加工方面。

在分束器配合飛秒激光而應(yīng)用于污水處理的微鉆孔為例，污水處理是目前急需取得技術(shù)進(jìn)展的方向，隨著工業(yè)化的普及，污水的排放量也逐年上升，而污水中含有的各種微小塑料，金屬用普通的過(guò)濾網(wǎng)根本無(wú)法徹底處理干凈，德國(guó)弗朗霍夫激光技術(shù)研究所（ILT）目前參與的一個(gè)污水處理的研究項(xiàng)目，通過(guò)制作一個(gè)過(guò)濾器可以過(guò)濾掉10m以上的微小塑料，便是使用短激光脈沖在薄金屬箔上鉆出直徑為10m的孔，但實(shí)際要將這種技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，顯然效率低，但配合我們目前的分束器，能夠使得飛秒激光在經(jīng)過(guò)DOE后，同時(shí)形成100多個(gè)二維點(diǎn)陣的光束，而這些光束的波前分布、光束直徑等一些特性都是一模一樣，變化的僅有能量。隨著飛秒激光能量的提升，將分束器與飛秒激光配合，能夠達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要求，提高鉆孔的速率。

顯然，分束器與飛秒激光的配合使用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是微鉆孔，對(duì)于更多樣的激光加工，工業(yè)化生產(chǎn)，也有非常大的前景。

飛秒激光氮化硅材料上鉆30m的微孔：

專注于激光鉆孔幾十年的瑞士Posalux公司，將飛秒激光技術(shù)與5軸掃描頭相結(jié)合，將鉆孔速度和鉆孔精度都進(jìn)一步提升。該系統(tǒng)可以在氮化硅（Si3N4）材料上鉆出直徑30m以下的微孔，用于滿足各種微電子產(chǎn)品的制造需求。而且，在鉆孔形狀上也有很大靈活性，不但可以加工圓孔，還可以加工矩形、圓錐形或其他形狀的孔。

圖1：用脈寬在300fs以下的脈沖在Si3N4材料上鉆孔，左圖為直徑小于30m的圓孔，右圖為25m×25m的矩形孔。

該系統(tǒng)使用精密加工頭控制激光束，實(shí)現(xiàn)鉆孔的精密性和可重復(fù)性，飛秒激光的脈寬長(zhǎng)度控制在300fs以下，以獲得高質(zhì)量的鉆孔效果。如今，Posalux提供的飛秒激光鉆床，已經(jīng)能夠?yàn)殡娮又圃祛I(lǐng)域的大量高端需求提供解決方案。

飛秒激光在PMMA薄膜上精密鉆孔：

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），又被稱作是有機(jī)玻璃，有優(yōu)異的抗紫外線和透光性，可以實(shí)現(xiàn)較高的能量轉(zhuǎn)換效率。具有材料純度高，易于清潔，透明具有耐刮擦、重量輕等特點(diǎn)的剛性熱塑性材料，不僅光學(xué)性能優(yōu)良，其重量?jī)H為玻璃的一半，但抗沖擊力卻是玻璃的10倍，目前PMMA被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池板的覆蓋材料，LCD/LED電視屏幕、筆記本電腦、智能手機(jī)顯示屏以及電子設(shè)備顯示器的制造中。

目前加工PMMA主要使用長(zhǎng)波長(zhǎng)紅外（IR）CO2激光器。但僅適用于加工大尺寸特征，而隨著科技發(fā)展，用于顯示器和醫(yī)療器械中的PMMA薄膜，通常需要精密加工細(xì)微尺寸的特性（10~100μm），傳統(tǒng)的紅外激光器已經(jīng)無(wú)法勝任，而飛秒激光脈沖的極高峰值功率，可以瞬間將材料移除，熱影響區(qū)（HAZ）極小，能夠?qū)崿F(xiàn)精密冷加工，是加工尺寸100μm甚至更小尺寸。

NKT Photonics公司的ORIGAMI XP飛秒激光器，能夠在1030nm波長(zhǎng)處提供70μJ的脈沖能量，5W的平均功率，脈沖持續(xù)時(shí)間低于400fs。另外，ORIGAMI XP飛秒激光器還可以提供515nm和343nm波長(zhǎng)的輸出。實(shí)驗(yàn)證明，它非常適合加工PMMA薄膜。

圖2：使用紅外ORIGAMI XP激光器在厚度為100m的PMMA薄膜上鉆孔。（圖片來(lái)源：NKT Photonics）

圖3是使用紅外波段的ORIGAMI XP飛秒激光器，在厚度為100m的PMMA薄膜上，鉆出的直徑為25μm的微孔陣列和直徑500μm的單個(gè)大孔。對(duì)直徑為500m的單個(gè)大孔進(jìn)行測(cè)量，其邊緣粗糙度≈2.5m，HAZ≈10m，孔的邊緣有許多毛刺。

圖4是使用綠光ORIGAMI XP飛秒激光器加工的情況，能明顯改善鉆孔的邊緣質(zhì)量，同時(shí)HAZ減小。從圖4中呈現(xiàn)了干凈的鉆孔邊緣，HAZ減小到≈4.5m。

圖3：使用綠光ORIGAMI XP激光器在厚度為100m的PMMA薄膜上鉆孔。（圖片來(lái)源：NKT Photonics）

飛秒激光鈣鈦礦材料上加工納米結(jié)構(gòu)：

鈣鈦礦是一種新材料，由于其具有獨(dú)特的性能，這種材料被看作是一種頗有前途的新興太陽(yáng)能材料；并且也正在用于開(kāi)發(fā)各種微型光子學(xué)器件。雖然鈣鈦礦是一種很有潛力的新材料，但是它也擁有一項(xiàng)重大缺陷——這種材料難于加工。鈣鈦礦很容易在電子束、液體或高溫的影響下發(fā)生降解，這使得在其表面上制造功能性納米結(jié)構(gòu)變得異常復(fù)雜。來(lái)自俄羅斯遠(yuǎn)東聯(lián)邦大學(xué)（FEFU）和ITMO大學(xué)，以及德國(guó)、日本和澳大利亞的大學(xué)中的研究人員們，已經(jīng)用飛秒激光脈沖科開(kāi)發(fā)出了一種精確、高效、高質(zhì)量的加工鈣鈦礦材料的方法，解決了上述難題。

圖4：在鈣鈦礦材料上加工二維碼。（圖片來(lái)源：Small）

鈣鈦礦是一種由有機(jī)成分和無(wú)機(jī)成分組成的復(fù)合材料。目前使用飛秒級(jí)短激光脈沖，對(duì)鈣鈦礦的有機(jī)部分進(jìn)行快速加熱、并使其蒸發(fā)。在整個(gè)加工過(guò)程中，需要調(diào)整激光強(qiáng)度，保證使材料的有機(jī)部分熔化/蒸發(fā)，而無(wú)機(jī)部分不受影響。通過(guò)這種非破壞性的加工方式，得到了顛覆式的特征可控的、高質(zhì)量納米級(jí)鈣鈦礦功能結(jié)構(gòu)。這一突破能制造更加高精度的衍射光柵、微帶激光器，以及用于光學(xué)傳感器和光學(xué)芯片中的納米激光器等

在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中，使用普通激光將鈣鈦礦薄膜劃切成單獨(dú)的塊體，這導(dǎo)致鈣鈦礦材料的外層因?yàn)闇囟鹊挠绊懚�失去其功能特性。利用飛秒激光加工可以解決這個(gè)問(wèn)題，制造出高性能的太陽(yáng)能電池。此外，飛秒激光加工方法還可以改變鈣鈦礦塊體的顏色，開(kāi)發(fā)出各種顏色的太陽(yáng)能電池板，這樣一來(lái)，可以使整個(gè)被太陽(yáng)能電池板覆蓋的建筑物的顏色更加豐富多彩，不再是單調(diào)的黑色。

飛秒激光加工鎢材料微結(jié)構(gòu)：

目前國(guó)際上已有的實(shí)例是羅切斯特大學(xué)的研究人員利用飛秒脈沖激光，在金屬表面加工出納米級(jí)的微結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以選擇性地吸收太陽(yáng)光的波長(zhǎng)，而不吸收其他波長(zhǎng)，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出能夠以極高效率吸收太陽(yáng)能的金屬表面。目前的鎢普遍被用作用作太陽(yáng)能熱吸收劑，而在用飛秒激光進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)處理后，具有較高的太陽(yáng)能吸收效率。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與未經(jīng)處理的鎢相比，經(jīng)過(guò)納米結(jié)構(gòu)處理后，鎢的太陽(yáng)能利用效率高出了130%，這個(gè)發(fā)現(xiàn)也將提升目前對(duì)太陽(yáng)光利用能力的一個(gè)新的階梯。

圖5：利用飛秒脈沖激光在鎢表面加工出納米級(jí)的微結(jié)構(gòu)，能大幅提升鎢對(duì)太陽(yáng)能的吸收。

飛秒激光焊接薄柔性玻璃：

近年來(lái)，有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）憑借優(yōu)異的色彩性能、高視角、高亮度、高靈活性和高效率，在顯示領(lǐng)域備受關(guān)注。但OLED對(duì)氧氣和濕度的高靈敏度，所以對(duì)封裝有著嚴(yán)苛的要求，以防止壽命變短。OLED的封裝要求以一種可重復(fù)的過(guò)程，用高度不透水的材料實(shí)現(xiàn)密閉封裝，這對(duì)成本有很高的要求。另外，在封裝粘合過(guò)程中產(chǎn)生的熱量必須非常有限，以避免損壞或影響密封區(qū)域的零件功能。

雖然目前存在許多滿足OLED的嚴(yán)苛封裝要求，但每種技術(shù)都有自己的局限性。例如，可以在器件頂部沉積一層聚合物薄膜，這種薄膜雖然具有很高的柔韌性，但不能達(dá)到完美的密封性，因此依然存在壽命問(wèn)題。此外，還可以使用原子層沉積技術(shù)，在器件頂部沉積不透水的氧化物涂層（通常為Al2O3）；然而，這一過(guò)程不僅復(fù)雜，而且Al2O3薄層也容易受到損傷。在后面提出的一種新方法：將OLED封裝在兩片薄柔性玻璃之間；然而，雖然玻璃具有優(yōu)異的密封性能，但需要使用聚合物對(duì)邊緣密封，這同樣會(huì)導(dǎo)致密封性受損。

圖6：使用短脈沖激光封裝OLED，將兩塊薄柔性玻璃直接焊接在一起，不需要夾層。（圖片來(lái)源：HWU）

英國(guó)赫瑞-瓦特大學(xué)的一個(gè)研究小組開(kāi)發(fā)一種用薄柔性玻璃封裝OLED的改進(jìn)技術(shù)，目的是用皮秒脈沖激光將兩塊玻璃板焊接在一起，以提供真正的密封。下片玻璃作為OLED器件基板，上片玻璃提供光學(xué)透射封裝。兩片玻璃緊密接觸，短脈沖激光聚焦在兩片玻璃相互接觸的界面上。激光焦點(diǎn)處的極高強(qiáng)度（1.3x107W/cm2）會(huì)產(chǎn)生非線性吸收，并產(chǎn)生一個(gè)小的等離子體區(qū)，其周圍的熔體區(qū)域不超過(guò)50μm，高度100μm。聚焦的激光束穿過(guò)材料，熔體重新凝固，形成連續(xù)的焊縫。由于焊縫非常窄，因此采用了間距很近的平行激光掃描，以生成多個(gè)平行焊縫，從而形成焊縫的總寬度。

目前已經(jīng)可以在沉積的器件電極的存在下，將兩片薄（100μm）柔性玻璃焊接在一起。此外，研究人員還證明了有可能連接玻璃之間0.5μm的小間隙，從而簡(jiǎn)化工藝設(shè)置。研究報(bào)告指出，只要焊接結(jié)構(gòu)適當(dāng)，就可以保持導(dǎo)電性。氣密性測(cè)試仍在進(jìn)行中。

圖7：使用短脈沖激光焊接兩塊薄柔性玻璃的焊縫橫截面顯微圖。（圖片來(lái)源：HWU）

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